让分子按照你的意愿行事并不总是那么容易。有机分子会根据其电子排列只吸收某些波长的光，这可能很难微调。即便如此，制造只对特定光谱范围作出反应的物质的能力可能会带来重要的新应用。

目前，人们对设计用于太阳能电池和晶体管等高科技应用的新型有机半导体材料有着浓厚的兴趣。特别是那些可以吸收近红外光但不吸收可见光的无色分子，它们可以应用于从化疗到光电探测器等各个领域。

一些此类化合物已经被开发出来，但迄今为止还没有系统的制造这些分子的过程。

在最近发表在《先进科学》杂志上的一项研究中，大阪大学SANKEN的研究人员能够系统地设计一种大型复杂分子，这种分子不吸收可见光，这意味着它完全无色透明，但会吸收近红外辐射。这是通过精心构建具有适当电子排列的分子来实现的。

有机化合物对光的吸收是基于电子在原子周围被称为轨道的区域之间移动。在这项研究中，研究人员展示了一种系统的方法，可以构建具有轨道的分子，这些轨道允许吸收某些范围的光，但不能吸收其他范围的光。

无色NIR选择性吸收染料的分子设计。图片来源：AdvancedScience(2024)。DOI：10.1002/advs.202405656

“主要的挑战是找到一种合理的方法来构建具有所需电子跃迁的分子，”这项研究的主要作者SoichiYokoyama表示。“为此，我们专注于具有许多离域电子的大型结构，使用理论计算来指导我们的选择。”

这些化合物基于所谓的供体-受体-供体体系，利用萘并双噻二唑基团作为受体，与吡咯或茚并吡咯供体基团以及硼桥相结合。

这种特殊的结构使电子能够分散到分子的更广阔区域，产生恰到好处的光吸收。这种新分子经过详尽的表征，发现它不会吸收光谱的可见光区域，而是吸收近红外光，正如预期的那样。

“不久前曾报道过一种吸收近红外辐射的类似分子，”资深作者YutakaIe解释道。“但这种化合物也吸收可见光，因此呈现蓝色。我们的目标是找到一种完全不显示颜色的分子，以实现特定应用。扩展多烯结构和轨道对称性的结合是关键。”

研究人员发现，该分子可充当半导体，而吡咯基化合物也可用于构建响应近红外光的光电晶体管。具有独特光电特性和特定光吸收特性的有机化合物的许多用途尚待探索。

这项工作有望为未来设计响应近红外光的透明无色分子铺平道路，从而带来许多新的应用。